胶体电池产生热失控的原因及其解决方法
保证8小时、最多10小时的充电时间,出路一是提高充电恒压电压,另外就是提高进入浮充的的充电电流。事实上,提高进入浮充电电流的方式,往往带来电池欠充电,形成电池容量慢性下降。而对于这种电池慢性下降,如果没有特殊的处理方法电池容量也难以恢复。形成电池寿命提前终结。
1•;3 胶体电池失效模式的特殊性
从解剖国内大陆电动自行车电池的失效模式证明,90%的失效电池同时伴有严重失水现象。胶体电池失水少于普通电池,所以其寿命应该长于普通电池。
胶体电池内部自放电在贮存期间不比普通的电池大,这可以通过贮存以后容量下降比对可以证明。
在同样的电池内压条件下,胶体电池析气失水少于普通电池。而每次开阀析气都会带走部分热量。胶体电池开阀少于普通电池,失水少是其优点,但是析气失水少,开阀少,带走电池内部的热量就少,所以电池内部温升就高于普通电池。而电池内部温升高,自放电也大,产生的热量就更高。因此在夏季环境温度较高的条件下,由于析气电平的下降,析气量最近,同时温升也高。这样胶体电池进入热失控的概率就大得多了。
2解决胶体电池热失控的出路
2•;1 一般的解决方式
――降低恒压值。
把普通电池的恒压值由44V降到43V。
――提高充电转入浮充电压的电流值。由200mA提高到300mA甚至400mA。
然而,一些进入热失控状态的电池,恒压充电时电流降至600mA~1A就不再下降,有一些甚至上升。2002年夏季,有些胶体电池热失控失效高达10%!
在环境温度低于10℃以下,又出现低温欠充电现象,引起电池容量下降。
2•;2 特殊的解决方式——“伪恒压充电”
――采用带有负脉冲的充电。
在电化学中,对于极板来说,充电是放热反应,放电是吸热反应。足够的负脉冲可以降低极板温度。如果放电脉冲是充电脉冲最大电流的1.5~2倍,恒流充电期间电池的温度上升就小,恒压充电期间,放电脉冲电流不能减少,反而需要保持,这样电池温升就相对于没有负脉冲的温升更小。这样减少进入热失控的条件。
由于恒流充电期间的负脉冲具有“去极化”作用,达到恒压充电以前充入电量就多一些,或者可以减少补足充电时间,或者在相同的充电时间以内可以降低进入恒压充电时间的电压。
——采用dV/dt和精密温度控制的“伪恒压充电”电压。一般采用下列计算公式:
Vc=n×2.35V+4mV×n×(25℃-Ta)……………………………………………………………………(1式)
式中:Vc——恒压充电值
n ——串连单格电池的数量
Ta——环境温度
在这样的控制之下,不仅可以使在环境温度高的条件下减少热失控的可能,同时可以解决环境温度低时的欠充电问题。
——充电电流只降不升
热失控的条件之一是电池内部温升高导致析气电压下降,使充电电流增加,从而进一步提高电池内部温升。如果控制充电电流不增加,破坏了热失控的循环条件,电池就会逐步形成热平衡,所以也不会进入热失控。
如果充电电流在某一值时不下降或者时间很长,就说明电池将进入热失控。如果在恒压充电以后,对某数值的充电电流时间进行限制,达到一定时间以后自动下降,就可以在保证充入电量的前提下,自动降低充电电流,一直到进入浮充电的电流值。这样充电时间随稍微长些,但不会出现电流上升,也不会出现充电不中止。
3应用实例
图4、图5和图6是应用澳大利亚电池技术股份有限公司的ABT6502芯片控制的可调占空比脉冲充电器的充电曲线。
在该芯片的控制之下,精确的测量了环境温度,依据(1式)计算出恒压充电电压。完全解决了夏季热失控和冬季欠充电问题。
以2A恒流脉冲充电时,有3.5A~4.2A的放电脉冲去极化。恒压充电时有4.1A~4.4A的放电脉冲去极化。除了提高电池的充电接受能力以外,同时降低了电池极板的温升。有利于降低电池热失控的概率。
充电电流分40多个等级,当充电的开路电压一旦达到(1式)规定的电压以后,立即降低充电电流。如果充电降低电流以后仍然不能降低开路电压到(1式)就继续降低充电电流,直到使开路电压低于(1式)规定的电压,这样,充电电流只降不升,完全避免了热失控现象产生。图7就是使用具有热失控前兆的的胶体电池,充电电流在5分钟之内由2A降低到1A的实例。
恒压充电进入浮充充电的电流可以设定在400mA、312mA、200mA和120mA,本例设定在312mA。对同样电池,充电时间
为425min,较恒压限流充电器减少了15min。电池温升4.3温度。而放电电量基本一致为10.6Ah。
当充电电流降低到规定的的电流时,自动进入浮充电压。 图7 充电电流的突降
浮充电压规定值为:
Vf=2.25V×n+4mV×n(25℃-Ta) ……………………………………………………………………(2式)
4控制热失控的实际应用效果
对某公司的胶体电池在环境温度32℃条件下使用恒压限流充电。充电电流为1.8A、恒压值为43V。进入恒压以后,电池温升达到46℃。电流由1.8A下降到600mA时,电流不再下降,电池温度开始上升,充电电流也上升,电池开始进入了热失控状态。立即停止充电并且对电池进行放电,使每只电池达到10.5V。在相同环境下重新使用ABT6502控制芯片的脉冲充电器进行充电,恒压值自动调整流为41.6V,电池最高温度为37.3℃。440min进入40.0V浮充电压。没有出现热失控。重新放电以后,测得电池容量为10.8Ah。再次进行恒压限流充电器充电,仍然出现了热失控前兆。
5测量中的问题
使用一般的数字万用表(或者数字电压表)和指针式电流表测量脉冲充电电压时,往往容易
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